【０００１】
この発明は、例えば鉄鋼の圧延機からもたらされるスラッジのように油の多いスラッジのかたちでの、油及び酸化鉄を含んだ残留物質を熱処理するための方法に関する。
【０００２】
鉄鋼産業の圧延機においては酸化鉄を含んだスラッジが大量に発生し、これらのスラッジは連続鋳造プラントや圧延機トレインからの冷却水を浄化する際に生じるものである。これらのスラッジは鉄の組成物の粒度に応じて、油やグリースの残留物によって汚染されている。油あるいはグリースの含有量は、組成物の粒度が細かくなるにつれて増大する。１４％の油を含有する非常に細かい片（＜４０μｍ）は特に油が多い。油の含有量が多いために、これらのスラッジを既存の製造ラインへ戻すことは困難である。従って、こうしたスラッジを焼結プラントにおいて利用する試みがなされた。しかし、これらのスラッジを燃焼させるときのダイオキシン濃度が高いために、こうした処理は経済的でもないし、環境的にも好ましくない。従って、こうしたスラッジは人工的な池の中に貯蔵されるが、そのために環境を害する危険性が生じる。なぜなら、油や他の残留物が地下水に侵入する恐れがあるからである。
【０００３】
こうしたスラッジの一般的な組成を以下の表に示す。
【表１】
【０００４】
ここでは、”油”は鋼鉄を圧延するときに使用される潤滑油やグリースを意味するものとして一般に理解されている。従って、それらは主として、こうした潤滑油で通常用いられる種々の添加剤を含んだ炭化水素である。
【０００５】
従って、この発明の目的は油及び酸化鉄を含んだこうした残留物質を熱処理する方法を提案することである。
【０００６】
この発明によれば、この課題は、複数の炉床が互いに上下に配置されている多段炉床炉において油及び酸化鉄を含んだ残留物質を熱処理するための方法であって、前記油及び酸化鉄を含んだ残留物質が固体の還元剤と混合され、そして多段炉床炉の中へ連続的に導入されて最上部の炉床に広げられて、徐々に下側の炉床へ移され、また前記油及び酸化鉄を含んだ残留物質が最上部の炉床で乾燥され、そのあと油は蒸発及び熱分解され、前記還元剤が酸化鉄と反応して直接還元された鉄を形成し、この還元された鉄が、多段炉床炉の最下部の炉床のところで還元剤の残留物とともに排出される方法によって解決される。
【０００７】
この発明の重要な利点は、油及び酸化鉄を含んだ残留物質の重要な組成物からの副産物が得られることである。このプロセスを経た後に、鉄成分を鋼鉄の圧延製造作業へ戻すことができ、油は熱分解されて、その結果生じた熱分解ガスは燃焼される。従って、油は必要なプロセス熱の発生に貢献する。本質的にＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯなどの不活性物質から成る灰や、場合によっては還元剤の過剰分が残る。
【０００８】
油及び酸化鉄を含んだスラッジタイプの残留物質をこのプロセスに加えることができ、選択的なプロセス制御や連続的な循環によって、粒子の凝集が防止される。このプロセスによれば、供給物質の性状に関係なく、粒の細かい最終製品を得ることができる。
【０００９】
灰を形成する還元剤を使用する場合にはこれは特に有利である。固体の最終製品が細かい粒であるため、灰を鉄から容易に分離することができる。この分離は例えば高温状態においてふるい分けによって行うことができる。
【００１０】
７００゜Ｃ以下に冷却したあと、磁気式セパレータによって灰や過剰な還元剤から、還元された鉄を分離することが可能である。このようにして得られた直接還元鉄の品質は還元剤の残留物の量とは実質的に無関係である。
【００１１】
得られた鉄を次にブリケットへと処理するか、あるいは溶融炉（電気炉など）に直接導入して、さらに処理することが可能である。
【００１２】
生じた還元剤残留物は、別個の気化反応装置で、未使用の還元剤といっしょに使用することができる。灰を形成する組成物は液体スラッジとして分離されることが好ましく、生成された粗ガスは燃焼ガスあるいは還元ガスとして多段炉床炉ので使用される。従って、比較的灰分含有量の高い安価な還元剤を使用し、及び／もしくは比較的過剰な還元剤によって作業することが可能であり、これによって残留物質の凝集を防ぐことができる。
【００１３】
過剰な還元剤で作業するときには、残留物質を処理して、使用されなかった還元剤を分離し再利用することが好ましい。例えば、使用されなかった還元剤が十分に粗い形で存在するときにはこれは残留物質をふるい分けすることによって行うことができる。使用されなかった還元剤は多段炉床炉へ直接導入することができる。
【００１４】
しかし、必要な還元剤の一部を炉の中の下方のレベルの一つもしくは複数の炉床に置くこともできる。
【００１５】
従って、粗粒の還元剤（１〜３ｍｍ）を多段炉床炉の中の高いところで導入し、細粒の還元剤（＜１ｍｍ）をより下方で導入することが可能である。細かい還元剤をより下方で導入する結果、廃棄ガスを伴うダストの排出が大幅に防止され、反応が加速される。
【００１６】
還元剤の消費は粗粒子を充填することによって減少する。なぜなら、小さな粒子は、酸化雰囲気にある上の方の炉床において廃棄ガスからのＨ２ＯやＣＯ２との反応によって急速に消費されるからである。炉の中の還元ガスは、炉の下の方の炉床において還元剤を選択的に供給することによって最適な濃度に調節することが可能であっり、その結果、高度の金属化を実現することが可能である。
【００１７】
この処理空間は異なる領域に分かれており、固体は最上部から下方へ連続的に移動し、ガスは底部から上方へ炉の中を導かれる。処理空間を異なる領域に分割することによって、必要であれば、それらの様々なゾーンにおいて、あるいは各炉床についてさえ処理条件を測定して選択的に制御することができる。
【００１８】
油及び酸化鉄を含んだ残留物質は、各炉床の上に取り付けられたレーキによって連続的に循環され、徐々に下側の炉床へ運ばれる。
【００１９】
還元剤と油及び酸化鉄を含んだ残留物質との凝集が、連続的な循環によって防止される。循環の速度は、レーキの幾何学的形状や層の厚みなど多くの要因に依存する。炉床の上の油及び酸化鉄を含んだ残留物質と、還元剤と、還元された鉄とは少なくとも１〜３分ごとに循環され、その結果、凝集が大幅に防止される。
【００２０】
熱の要求を過剰なプロセスガスを燃焼させることによって賄わなければならない場合には、炉床へ酸素を含んだガスを注入することができる。
【００２１】
少なくとも２５０゜Ｃの温度を有する酸素を含んだガスを使用するのが有利である。
【００２２】
気体の還元剤を多段炉床炉の最下部の炉床へ追加的に注入することができる。これによって、酸化物のより完全な還元が可能となる。
【００２３】
別の有利な実施の形態においては、炉の一つあるいは複数の炉床がバーナによって加熱される。
【００２４】
加熱システムの煙導ガスによって炉の下部における還元ガスの濃度が低下しないようにするために、エネルギを間接的に、すなわちこの場合には放射加熱によって供給することもできる。
【００２５】
さらに別の好ましい実施の形態においては、ガスは一つあるいは複数の炉床において多段炉床炉から排出される。これらの高温ガスはそのあとＣＯ２スクラバの中に通されて、ガス量が減らされ、ガスの還元能力を増大させられるか、あるいは内部に炭素が存在する別の反応装置へ通される。その結果、高温ガスの中に存在する二酸化炭素が炭素と反応し、ブダード（Ｂｏｕｄｏｕａｒｄ）平衡に従って一酸化炭素を形成し、ガスの還元能力を増大させる。一酸化炭素を多く含んだガスはそのあと多段炉床炉へ戻される。
【００２６】
必要であれば、炉の下側部分における一つあるいは複数の炉床へ添加物が供給される。
【００２７】
この場合には、添加物が導入される炉床より上方にある炉床においてガスを排出するのが有利である。
【００２８】
好ましい実施の形態によれば、ガスは特定の炉床より下方で多段炉床炉から排出され、そのあとこの炉床の上方において炉へ再注入される。
【００２９】
炭素や金属を含んだ酸化鉄ダストやスラッジはこの炉床において炉へ導入することができる。それらがある温度（約９００゜Ｃ）に到達するとすぐに、重金属酸化物が還元剤と反応し始め、形成された重金属が蒸発し、廃棄ガスといっしょに多段炉床炉から排出される。
【００３０】
重金属はそれらが形成された炉床において排出されて、他の廃棄ガスとは別に処理されるのが有利である。
【００３１】
廃棄ガスはそのあと例えば後燃焼チャンバにおいて酸化され、重金属は重金属酸化物に変換され、そのあとフィルタ設備において廃棄ガスから分離される。電気式あるいはコンバータ圧延機からの重金属を含んだダストやスラッジの一般的な成分を以下の表に示す。
【表２】
【００３２】
多段炉床炉を特定の過剰圧力下で運転することによって生産性をさらに増大させることができる。およそ５０ｍの直径のウォーターシールによってシールされている回転炉とは対照的に、これは駆動シャフトにほんの小さなシールしか有していない多段炉床炉においてきわめて容易に実現することができる。この場合には、材料の供給と除去のための圧力ロックを設ける必要が有る。
【００３３】
この発明の別の側面においては、油及び酸化鉄を含んだ残留物質を熱処理するための多段炉床炉の利用が提案されている。
さらなる有利な実施の形態が従属に挙げられている。
【００３４】
以下で、添付図面を参照しつつ、この発明の実施の形態を説明する。
図１は互いに上下に配置されたいくつか、この場合には１２個、の炉床１２を有する多段炉床炉１０の断面図を示している。炉１０のこれら自己支持型の炉床１２さらにはケーシング１４、カバー１６及び底部１８は耐火性材料から形成されている。
【００３５】
炉１０のカバー１６にはアウトレット２０と開口部２２が設けられており、アウトレット２０を介して炉からガスを排出することができ、開口部２２を介して油及び酸化鉄を含んだ残留物質と還元剤との混合物を最上部の炉床に充填することができる。
【００３６】
シャフト２４が炉の中央に取り付けられており、このシャフトには各炉床の上を延びるレーキ２６が固定されている。
【００３７】
レーキ２６は、ある炉床の上では材料を外側から内側へ移動させ、その下の炉床では内側から外側へ移動させて、材料を炉１０の最上部から下方へ運ぶように設計されている。
【００３８】
油及び酸化鉄を含んだ残留物質には、リグナイトコークスや石油コークス、石炭などの固形の還元剤が炉１０の外側で混合される。そして、油及び酸化鉄を含んだ残留物質と、還元剤との混合物はそのあと最上部の炉床へ充填される。この混合物は粘性があり、粘着性があるため、ポンプ（図示されていない）によって多段炉床炉の中へ導入される。
【００３９】
油及び酸化鉄を含んだ残留物質は、固形の還元剤と混合される前あるいは後に炉の外側で予乾燥され得る。
【００４０】
油及び酸化鉄を含んだ残留物質と、還元剤との混合物は炉１０の最初の炉床の上へ充填されたあと、レーキ２６によって掻き回され、炉床の端まで運ばれ、そこからそのために設けられているいくつかの開口部２８を介して下側の炉床へ落下する。還元剤が混合された油及び酸化鉄を含んだ残留物質は、そこから炉床の中心の方へ運ばれ、そのあと下側の炉床の上へ落下する。油及び酸化鉄を含んだ残留物質と還元剤とは運ばれる間に徐々に加熱される。
【００４１】
シャフト２４とレーキ２６は空気で冷却されるものであり、レーキには開口部が設けられていて、空気はそこから炉の内部へ流入しそこで後燃焼に利用される。
【００４２】
この間、還元剤が混合された油及び酸化鉄を含んだ残留物質からは、炉床１２及び上昇する高温ガスとの接触によって、水分が除去される。従って、炉１０の上部の炉床は乾燥と予熱のゾーンとなる。大部分の水分が蒸発したあと、油あるいは炭化水素が蒸発を始め、高温の上昇ガスによって運ばれる。高温のため、そして酸素が存在するために、油のいくらか、そしておそらくは導入された還元剤のいくらかが炉の上部において燃焼する。燃焼の際に発生した二酸化炭素は還元剤の過剰な炭素と反応し、一酸化炭素に変換される。この一酸化炭素が酸化鉄を含んだ残留物質と反応し、酸化鉄を鉄に還元する。
【００４３】
通常上側１／３の炉１０の側壁に少なくとも一つのインレット開口部３０が設けられており、この開口部を介して追加の還元剤を炉へ導入することのできる。これらの還元剤は気体の形態でも、液体あるいは固体の形態のいずれでも提供できる。これらの追加の還元剤は例えば一酸化炭素、水素、天然ガス、石油、石油派生物、あるいはリグナイトコークス、石油コークス、ブラスト炉ダスト、石炭などの固体の炭素キャリヤである。
【００４４】
炉のずっと下方の炉床へ導入される、この場合には石炭である還元剤は、そこで油及び酸化鉄を含んだ加熱された残留物質と、レーキ２６によって混合される。油及び酸化鉄を含んだ残留物質中に存在する酸化鉄は、多段炉床型の炉１０を通って運ばれる間に、高温と、一酸化炭素の存在とにより徐々に金属鉄へと還元される。
【００４５】
固体、液体、あるいは気体の還元剤と酸素を含んだガスとを多段炉床炉１０の様々な箇所において制御した形で供給することによって、またおそらくは重要な箇所において過剰なガスを排出することによって、油及び酸化鉄を含んだ残留物質の還元の正確な制御と、最適な条件でのプロセスの実施が可能となる。
【００４６】
酸素を含んだ高温（２５０゜Ｃ〜５００゜Ｃ）のガスを注入するためのノズル３０が側壁に設けられており、これらのノズルを介して空気や、酸素を含んだその他のガスを炉１０に供給することができる。高温と酸素の存在とにより、炭素の一部が燃焼して二酸化炭素になり、この二酸化炭素が、過剰に存在する炭素と反応して一酸化炭素に変換される。最後に一酸化炭素が酸化物を還元する。
【００４７】
これらの反応は主として吸熱反応であるため、炉の下部にバーナ３２を設置するのが理にかなっており、これによって、炉の底部の炉床における均一な高温が確保される。この場合にはガスバーナあるいは粉砕石炭バーナを使用することができる。
【００４８】
これらのバーナ３２は予熱及び／もしくは追加加熱を行うために、ガスで、あるいは予熱空気を伴う粉砕石炭で燃焼させることができる。酸素と燃焼材料との間の量の比率によって、あるいは過剰空気の場合にはプロセスガスの後燃焼によって、追加の還元ガスを生成することができる。粉砕石炭燃焼の場合には、過剰な一酸化炭素がバーナの中に発生する。外側の燃焼チャンバの場合には、燃焼した石炭の灰が炉の中に流入して鉄と混ざるのを防止することができる。燃焼チャンバ内の温度は、発生したスラグを液体のかたちで取り出して、ガラス化されたかたちで廃棄できるように選択される。炉１０の中の固体の炭素キャリヤの消費と、従って製造された製品の中の灰分含有量とは一酸化炭素の生成によって減少する。
【００４９】
最後の炉床あるいは最後の二つの炉床において特殊なノズル４４を介して例えば一酸化炭素や水素などの気体の還元剤が供給される。酸化鉄の還元を、還元能力を増強したこのような雰囲気内で行うことができる。
【００５０】
製造された鉄はそのあと炉１０の底部１８に設けられたアウトレット４６を介して灰といっしょに排出される。
【００５１】
アウトレット４６で排出された鉄は灰や還元剤ととともにクーラ４８で冷却され、この還元剤をさらに使用することができる。還元された鉄はそのあと磁気セパレータ５０によって還元剤の灰や還元剤から分離され、さらに使用することができる。
【００５２】
さらに使用することができるところの還元剤５２は次に外側の燃焼チャンバ３４の中で燃焼される。還元剤を燃焼させることによって発生したガスは炉１０の中へ導入することができ、一方、還元剤の残留物は灰あるいは液体スラグとしてアウトレットを経て取り除かれる。
【００５３】
炉からのガス混合物はアウトレット２０を通ってアフターバーナ５４へ流入し、ガス混合物の燃焼性ガスがそこで燃焼する。ガス混合物はそのあと冷却用媒体が供給されるクーラ５６へ導かれて冷却される。冷却されたガス混合物はそのあと、外部に取り除かれるまえに、サイクロンフィルタ５８により浄化される。
【００５４】
この炉１０によれば、油及び酸化鉄を含んだ廃棄物を使用できるだけでなく、酸化鉄を含んだ汚染ダストなどの問題性のある様々な廃棄物も使用できる。
【００５５】
炭素をほとんど含んでいない電気式あるいはコンバータ圧延機からもたらされた酸化鉄を含んだダストあるいはスラッジ、あるいはブラスト炉の廃棄ガス浄化からもたらされたダストを、特殊な開口部３０を介して炉１０の中へ導入することができる。固体、液体あるいは気体の還元剤と、酸素を含んだガスとを多段炉床炉１０の様々な箇所において制御されたかたちで供給することによって、またおそらくは重要な箇所において過剰なガスを排出することによって、残留物質の還元を正確に制御することができ、プロセスを最適な条件のもとで実施することができる。
【００５６】
酸化鉄を含んだこれらのダストやスラッジはしばしば重金属酸化物で汚染されているため、炉の中を上方へ流れるガスのかなりの部分を、重金属酸化物を含んだダストあるいはスラッジが充填される炉床より下方において、側壁に設けられた排出連結部材６０によって炉１０から排出し、そしてこの炉床より上方において炉１０の中へインレット６２を介して再度注入することができる。この結果、重金属酸化物を含んだダストやスラッジが導入される炉床におけるガス量は少なくなる。ダストやスラッジの中に存在する重金属酸化物は減少し、炉の中に導入されたあと蒸発する。それらはそのあと、側壁に設けられたアウトレット６４を介してこの炉床における比較的少ない量のガスで炉１０から取り除くことができる。
【００５７】
従って、比較的多くの重金属含有量を有する少量のガスをその後に別個に浄化することができる。廃棄ガスが少量であるため、対応する炉床におけるガス流量は小さく、そしてほんの少量のダストしかこの廃棄ガスといっしょに放出されない。その結果、廃棄ガス中の重金属濃度は非常に高くなる。
【００５８】
除去されたガス混合物の燃焼性ガスはアフターバーナ６６で燃焼される。ガス混合物の残留部分はクーラ６８で冷却され、そのあと、大気中へ流入するまえにサイクロンフィルタ７０により浄化される。
【００５９】
ダスト中に存在する酸化鉄は、炉へ供給される油及び酸化鉄を含んだ廃棄物とともに鉄に還元される。
【００６０】
還元剤の揮発性組成を含めたすべての上昇ガスは、重金属や酸化鉄を含んだ残留物質のための、そして必要であれば還元剤のための乾燥用プラントにおいて多段炉床炉の外側で完全に燃焼され、従って、炉の廃棄ガスの残留熱を最適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
油及び酸化鉄を含んだ残留物質を熱処理するための多段炉床炉の断面図である。[0001]
The present invention relates to a method for heat treating residual substances containing oil and iron oxides in the form of oily sludge, for example sludge from a steel mill.
[0002]
A large amount of sludge containing iron oxide is generated in a rolling mill in the steel industry, and these sludges are generated when purifying cooling water from a continuous casting plant or a rolling mill train. These sludges are contaminated by oil and grease residues, depending on the particle size of the iron composition. The oil or grease content increases as the particle size of the composition decreases. Very fine pieces (<40 μm) containing 14% oil are particularly oily. Due to the high oil content, it is difficult to return these sludges to existing production lines. Accordingly, attempts have been made to utilize such sludge in sintering plants. However, due to the high dioxin concentration when burning these sludges, such treatment is not economical and environmentally unfavorable. Thus, such sludge is stored in artificial ponds, which poses a risk to the environment. This is because oil and other residues can enter the groundwater.
[0003]
The general composition of such sludge is shown in the table below.
[Table 1]
As used herein, "oil" is generally understood to mean lubricating oil or grease used when rolling steel. Thus, they are primarily hydrocarbons containing the various additives commonly used in such lubricating oils.
[0005]
Accordingly, it is an object of the present invention to propose a method of heat treating such residual materials, including oils and iron oxides.
[0006]
According to the present invention, an object of the present invention is to provide a method for heat-treating a residual substance containing oil and iron oxide in a multi-stage hearth furnace in which a plurality of hearths are arranged above and below each other. The iron-containing residual material is mixed with the solid reducing agent and is continuously introduced into a multi-hearth furnace, spread on the top hearth, and gradually transferred to the lower hearth, The oil and the residual material containing iron oxide are dried in the upper hearth, after which the oil is evaporated and pyrolyzed, the reducing agent reacting with the iron oxide to form directly reduced iron, This is solved by a method in which the reduced iron is discharged together with the reductant residue at the bottom hearth of the multistage hearth furnace.
[0007]
An important advantage of the present invention is that by-products are obtained from important compositions of oil and residual materials including iron oxides. After this process, the iron component can be returned to the steel rolling operation, the oil is pyrolyzed and the resulting pyrolysis gas is burned. Thus, the oil contributes to the generation of the required process heat. Ash, essentially consisting of an inert substance such as SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, and possibly excess reducing agent remain.
[0008]
Sludge-type residues, including oils and iron oxides, can be added to the process, and selective process control and continuous circulation prevent agglomeration of particles. According to this process, a fine-grained final product can be obtained irrespective of the nature of the feed material.
[0009]
This is particularly advantageous when ash-forming reducing agents are used. The ash can be easily separated from the iron due to the fine granularity of the solid end product. This separation can be carried out, for example, by sieving in the hot state.
[0010]
After cooling to below 700 ° C., the reduced iron can be separated from the ash and excess reducing agent by a magnetic separator. The quality of the directly reduced iron thus obtained is substantially independent of the amount of reductant residue.
[0011]
The resulting iron can then be processed into briquettes or introduced directly into a melting furnace (such as an electric furnace) for further processing.
[0012]
The resulting reducing agent residue can be used in a separate vaporization reactor together with the unused reducing agent. The ash-forming composition is preferably separated as liquid sludge, and the resulting crude gas is used in a multi-stage hearth furnace as a combustion or reducing gas. Thus, it is possible to use inexpensive reducing agents with a relatively high ash content and / or to work with a relatively excess of reducing agent, thereby preventing agglomeration of residual substances.
[0013]
When working with excess reducing agent, it is preferred to treat the residual material to separate and reuse the unused reducing agent. For example, if the unused reducing agent is present in a sufficiently coarse form, this can be done by sieving the residual material. Unused reducing agent can be introduced directly into the multi-hearth furnace.
[0014]
However, it is also possible to place some of the required reductant on one or more hearths at a lower level in the furnace.
[0015]
Thus, it is possible to introduce the coarse reducing agent (1 to 3 mm) at a higher position in the multi-hearth furnace and the finer reducing agent (<1 mm) below. As a result of introducing the fine reducing agent further down, the emission of dust with waste gas is largely prevented and the reaction is accelerated.
[0016]
Reducing agent consumption is reduced by filling the coarse particles. This is because small particles are rapidly consumed by the reaction with H 2 O and CO 2 from the waste gas in the upper hearth in an oxidizing atmosphere. The reducing gas in the furnace can be adjusted to the optimum concentration by selectively feeding the reducing agent in the lower hearth of the furnace, thus achieving a high degree of metallization It is possible.
[0017]
This processing space is divided into different zones, solids move continuously from the top down, and gases are guided through the furnace from the bottom up. By dividing the processing space into different areas, the processing conditions can be measured and selectively controlled, if necessary, in those various zones or even for each hearth.
[0018]
Residuals, including oil and iron oxides, are continuously circulated by rakes mounted on each hearth and are slowly carried to the lower hearth.
[0019]
Agglomeration of the reducing agent with residual substances including oil and iron oxide is prevented by continuous circulation. The speed of circulation depends on many factors, such as the rake geometry and layer thickness. The residue on the hearth, including oil and iron oxide, the reducing agent, and the reduced iron are circulated at least every 1 to 3 minutes, so that agglomeration is largely prevented.
[0020]
If the heat demand must be met by burning excess process gas, a gas containing oxygen can be injected into the hearth.
[0021]
It is advantageous to use an oxygen-containing gas having a temperature of at least 250 ° C.
[0022]
A gaseous reducing agent can additionally be injected into the bottom hearth of the multi-stage hearth furnace. This allows for a more complete reduction of the oxide.
[0023]
In another advantageous embodiment, one or more hearths of the furnace are heated by burners.
[0024]
In order to ensure that the concentration of reducing gas in the lower part of the furnace is not reduced by the flue gas of the heating system, the energy can also be supplied indirectly, in this case by radiant heating.
[0025]
In yet another preferred embodiment, the gas is exhausted from the multiple hearth furnace in one or more hearths. These hot gases are then passed through a CO 2 scrubber to reduce the amount of gas and increase the reducing capacity of the gas or to another reactor with carbon present therein. As a result, the carbon dioxide present in the hot gas reacts with the carbon, forming carbon monoxide according to the Boudourd equilibrium, increasing the reducing capacity of the gas. The gas rich in carbon monoxide is then returned to the multi-stage hearth furnace.
[0026]
If necessary, the additive is supplied to one or more hearths in the lower part of the furnace.
[0027]
In this case, it is advantageous to discharge the gas in the hearth above the hearth into which the additives are introduced.
[0028]
According to a preferred embodiment, the gas exits the multi-stage hearth furnace below a particular hearth and is then reinjected into the furnace above this hearth.
[0029]
Iron oxide dust and sludge containing carbon and metal can be introduced into the furnace at this hearth. As soon as they reach a certain temperature (approximately 900 ° C.), the heavy metal oxides begin to react with the reducing agent and the heavy metals formed evaporate and are discharged from the multi-hearth furnace together with the waste gas.
[0030]
The heavy metals are advantageously discharged at the hearth where they are formed and treated separately from other waste gases.
[0031]
The waste gas is then oxidized, for example in a post-combustion chamber, and the heavy metals are converted to heavy metal oxides, which are then separated from the waste gas in a filter facility. The following table shows the general composition of dust and sludge containing heavy metals from electric or converter mills.
[Table 2]
[0032]
Operating the multi-stage hearth furnace under certain overpressures can further increase productivity. In contrast to rotary furnaces, which are sealed by a water seal of approximately 50 m in diameter, this can be realized very easily in a multi-stage hearth furnace with only small seals on the drive shaft. In this case, it is necessary to provide a pressure lock for supplying and removing the material.
[0033]
In another aspect of the invention, the use of a multi-stage hearth furnace for heat treating residual materials, including oil and iron oxides, is proposed.
Further advantageous embodiments are listed subordinately.
[0034]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a cross section of a multi-stage hearth furnace 10 having several, in this case twelve, hearths 12 arranged one above the other. The self-supporting hearth 12 of the furnace 10 as well as the casing 14, the cover 16 and the bottom 18 are formed from a refractory material.
[0035]
The cover 16 of the furnace 10 is provided with an outlet 20 and an opening 22, through which gas can be discharged from the furnace through the outlet 20, and residual substances including oil and iron oxide can be removed through the opening 22. The mixture with the reducing agent can be filled in the top hearth.
[0036]
A shaft 24 is mounted in the center of the furnace, to which a rake 26 extending above each hearth is fixed.
[0037]
The rake 26 is designed to move the material from outside to inside on one hearth and from inside to outside on the hearth below to carry the material down from the top of the furnace 10. .
[0038]
A solid reducing agent such as lignite coke, petroleum coke, or coal is mixed with the residual material containing oil and iron oxide outside the furnace 10. Then, the mixture of the residual material containing oil and iron oxide and the reducing agent is then filled into the uppermost hearth. Because this mixture is viscous and sticky, it is introduced into a multi-stage hearth furnace by a pump (not shown).
[0039]
The residual material, including oil and iron oxide, can be pre-dried outside the furnace before or after mixing with the solid reducing agent.
[0040]
The mixture of the residual material, including oil and iron oxide, and the reducing agent is charged onto the first hearth of the furnace 10 and then stirred by the rake 26 and transported to the edge of the hearth, from where Through several openings 28 provided to the lower hearth. The residual material, including the oil and iron oxide mixed with the reducing agent, is carried from there towards the center of the hearth and then falls onto the lower hearth. The residual material, including oil and iron oxide, and the reducing agent are gradually heated during transport.
[0041]
The shaft 24 and the rake 26 are air cooled and the rake is provided with an opening through which air flows into the interior of the furnace where it is utilized for post combustion.
[0042]
During this time, moisture is removed from the residual material containing the oil and iron oxide mixed with the reducing agent by contact with the hearth 12 and the rising hot gas. Thus, the hearth at the top of the furnace 10 is a drying and preheating zone. After most of the water has evaporated, the oil or hydrocarbons begin to evaporate and are carried by the hot rising gas. Due to the high temperature and the presence of oxygen, some of the oil, and possibly some of the reductant introduced, will burn at the top of the furnace. The carbon dioxide generated during the combustion reacts with the excess carbon of the reducing agent and is converted into carbon monoxide. This carbon monoxide reacts with the residual material containing iron oxide to reduce iron oxide to iron.
[0043]
Usually, at least one inlet opening 30 is provided in the side wall of the upper third furnace 10, through which additional reducing agent can be introduced into the furnace. These reducing agents can be provided in gaseous form, in either liquid or solid form. These additional reducing agents are, for example, carbon monoxide, hydrogen, natural gas, petroleum, petroleum derivatives or solid carbon carriers such as lignite coke, petroleum coke, blast furnace dust, coal and the like.
[0044]
The reducing agent, which in this case is coal, introduced into the hearth well below the furnace, where it is mixed by the rake 26 with the heated residue, including oil and iron oxide. The iron oxide present in the oil and in the residual material including iron oxide is gradually reduced to metallic iron by the high temperature and the presence of carbon monoxide while being transported through the multi-stage hearth furnace 10. You.
[0045]
By supplying a solid, liquid or gaseous reducing agent and an oxygen-containing gas in a controlled manner at various points of the multi-stage hearth furnace 10 and possibly by discharging excess gas at important points Control of the reduction of residual substances, including oil, iron and iron oxide, and the process can be carried out under optimal conditions.
[0046]
A nozzle 30 for injecting a high-temperature (250 ° C. to 500 ° C.) gas containing oxygen is provided on a side wall, and air or other gas containing oxygen is supplied to the furnace 10 through these nozzles. Can be supplied to Due to the high temperature and the presence of oxygen, a portion of the carbon is burned to carbon dioxide, which reacts with the excess carbon and is converted to carbon monoxide. Finally, carbon monoxide reduces oxides.
[0047]
Since these reactions are primarily endothermic reactions, it makes sense to install a burner 32 at the bottom of the furnace, which ensures a uniform high temperature in the hearth at the bottom of the furnace. In this case, a gas burner or a pulverized coal burner can be used.
[0048]
These burners 32 can be burned with gas or pulverized coal with preheated air to provide preheating and / or additional heating. Additional reducing gas can be produced by the ratio of the amounts of oxygen and combustion material, or in the case of excess air, by post-combustion of the process gas. In the case of pulverized coal combustion, excess carbon monoxide is generated in the burner. In the case of the outer combustion chamber, the burnt coal ash can be prevented from flowing into the furnace and mixing with the iron. The temperature in the combustion chamber is selected so that the generated slag can be removed in liquid form and discarded in vitrified form. The consumption of the solid carbon carrier in the furnace 10 and thus the ash content in the manufactured product is reduced by the production of carbon monoxide.
[0049]
In the last hearth or the last two hearths, a gaseous reducing agent such as carbon monoxide or hydrogen is supplied via a special nozzle 44. The reduction of the iron oxide can be performed in such an atmosphere with enhanced reducing ability.
[0050]
The produced iron is then discharged together with the ash via an outlet 46 provided at the bottom 18 of the furnace 10.
[0051]
The iron discharged at the outlet 46 is cooled in the cooler 48 together with the ash and the reducing agent, and this reducing agent can be further used. The reduced iron is then separated from the ash or reducing agent of the reducing agent by the magnetic separator 50 and can be used further.
[0052]
The reductant 52, which can be used further, is then burned in the outer combustion chamber 34. The gas generated by burning the reducing agent can be introduced into the furnace 10, while the residue of the reducing agent is removed via the outlet as ash or liquid slag.
[0053]
The gas mixture from the furnace flows through outlet 20 into afterburner 54, where the combustible gases of the gas mixture burn. The gas mixture is then led to a cooler 56 to which a cooling medium is supplied and cooled. The cooled gas mixture is then purified by a cyclone filter 58 before being removed to the outside.
[0054]
According to the furnace 10, not only waste containing oil and iron oxide can be used, but also various problematic waste such as polluted dust containing iron oxide can be used.
[0055]
Dust or sludge containing iron oxide from electric or converter mills containing little carbon or dust from the waste gas purification of the blast furnace is passed through a special opening 30 through the furnace. 10 can be introduced. By supplying a solid, liquid or gaseous reducing agent and an oxygen-containing gas in a controlled manner at various points of the multi-stage hearth furnace 10, and possibly to discharge excess gas at important points. Thereby, the reduction of the residue can be accurately controlled, and the process can be carried out under optimal conditions.
[0056]
Since these dusts and sludges containing iron oxides are often contaminated with heavy metal oxides, a significant portion of the gas flowing upwards through the furnace is rejected by furnaces filled with dust or sludge containing heavy metal oxides. Below the floor, the furnace 10 can be evacuated from the furnace 10 by means of an outlet connection 60 provided on the side wall, and can be reinjected into the furnace 10 via the inlet 62 above the hearth. As a result, the amount of gas in the hearth into which dust and sludge containing heavy metal oxides are introduced is reduced. Heavy metal oxides present in dust and sludge are reduced and evaporate after being introduced into the furnace. They can then be removed from the furnace 10 with a relatively small amount of gas in this hearth via outlets 64 provided in the side walls.
[0057]
Thus, a small amount of gas having a relatively high heavy metal content can then be separately purified. Due to the small amount of waste gas, the gas flow rate in the corresponding hearth is small and only a small amount of dust is emitted with this waste gas. As a result, the concentration of heavy metals in the waste gas becomes very high.
[0058]
The combustible gas of the removed gas mixture is burned in the afterburner 66. The remaining portion of the gas mixture is cooled by a cooler 68 and then purified by a cyclone filter 70 before flowing into the atmosphere.
[0059]
The iron oxide present in the dust is reduced to iron together with the oil supplied to the furnace and the waste containing the iron oxide.
[0060]
All rising gases, including the volatile composition of the reducing agent, are completely outside the multi-hearth furnace in a drying plant for residuals, including heavy metals and iron oxides and, if necessary, for the reducing agent. Thus, the residual heat of the furnace waste gas can be optimally utilized.
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a multi-stage hearth furnace for heat-treating a residual substance including oil and iron oxide.